DE102007005630B4 - Sensor chip module and method for producing a sensor chip module - Google Patents
Sensor chip module and method for producing a sensor chip module Download PDFInfo
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Abstract
Sensorchip-Modul, umfassend:einen Sensorchip (3),einen Halbleiterchip (5),einen biegsamen Chipträger (1, 11, 100) mit einer gemeinsamen Oberfläche, auf welcher der Sensorchip (3) und der Halbleiterchip (5) angebracht sind,ein Modulgehäuse (2, 6; 2, 106), welches eine Montageebene des Sensorchip-Moduls definiert und ein den Sensorchip aufnehmendes Sensorchip-Hohlraumgehäuse (2) und ein den Halbleiterchip (5) aufnehmendes Halbleiterchip-Gehäuse (6, 106) umfasst, wobei der Chipträger (1, 11, 100) im Bereich zwischen den beiden Gehäusen in der Weise gebogen ist, dass eine aktive Oberfläche des Sensorchips (3) gegenüber der Montageebene des Sensorchip-Moduls geneigt ist und eine Seitenwand (6a, 106) des Halbleiterchip-Gehäuses (6, 106) eine Öffnung des Sensorchip-Hohlraumgehäuses (2) verschließt.A sensor chip module, comprising: a sensor chip (3), a semiconductor chip (5), a flexible chip carrier (1, 11, 100) having a common surface on which the sensor chip (3) and the semiconductor chip (5) are mounted Module housing (2, 6, 2, 106), which defines a mounting plane of the sensor chip module and a sensor chip receiving sensor chip cavity housing (2) and a semiconductor chip (5) receiving semiconductor chip housing (6, 106), wherein the Chip carrier (1, 11, 100) is bent in the region between the two housings in such a way that an active surface of the sensor chip (3) relative to the mounting plane of the sensor chip module is inclined and a side wall (6a, 106) of the semiconductor chip housing (6, 106) closes an opening of the sensor chip cavity housing (2).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf Module, die einen Sensorchip enthalten und auf ein Verfahren zu deren Herstellung.The invention relates to modules containing a sensor chip and to a method for their production.
In der Technik sind Halbleiter-Sensormodule bekannt, deren Funktionalität von der Orientierung des Halbleiter-Sensorchips bezüglich der drei Raumrichtungen abhängt. Beispiele hierfür sind unter anderem Sensoren oder Sender mit gerichteter Abstrahlung. Darunter fallen optische Sensoren und Sender und beispielsweise auch Bewegungssensoren (z.B. Beschleunigungssensoren), die bauartbedingt je nach Orientierung des Sensors im Raum Bewegungen in den verschiedenen Raumrichtungen mit unterschiedlichem Ansprechverhalten erfassen.Semiconductor sensor modules are known in the art whose functionality depends on the orientation of the semiconductor sensor chip with respect to the three spatial directions. Examples include sensors or transmitters with directional radiation. These include optical sensors and transmitters and, for example, motion sensors (for example acceleration sensors) which, due to the design, detect movements in the different spatial directions with different response characteristics depending on the orientation of the sensor in the room.
Sensorchips werden typischerweise planar in ein Halbleiter-Gehäuse eingebaut, wobei die aktive Oberfläche des Sensorchips parallel zu der Montageebene des Halbleiter-Gehäuses auf einem Applikations-Board liegt. Soll eine andere Orientierung des Sensorchips gegenüber dem Applikations-Board erreicht werden, wird das Sensorchip-Modul üblicherweise auf eine kleine Hilfs-Leiterplatte montiert, die dann in der gewünschten Orientierung (z.B. senkrecht) an dem Applikations-Board angebracht wird. Dies ist mit einem relativ hohen Montageaufwand verbunden.Sensor chips are typically installed planar in a semiconductor housing, wherein the active surface of the sensor chip is parallel to the mounting plane of the semiconductor package on an application board. If a different orientation of the sensor chip relative to the application board is to be achieved, the sensor chip module is usually mounted on a small auxiliary circuit board, which is then mounted in the desired orientation (e.g., perpendicular) on the application board. This is associated with a relatively high installation costs.
Die Druckschrift
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Sensorchip-Modul zur Verfügung zu stellen, das vereinfacht herzustellen und zu montieren ist.It is an object of the present invention to provide an improved sensor chip module that is simpler to manufacture and assemble.
Vor diesem Hintergrund ist ein Sensorchip-Modul vorgesehen, welches einen Sensorchip, einen Halbleiterchip und einen biegsamen Chipträger umfasst, auf welchem der Sensorchip und der Halbleiterchip aufgebracht sind. Ferner umfasst das Sensorchip-Modul ein Modulgehäuse, welches eine Montageebene des Sensorchip-Moduls definiert und ein den Sensorchip aufnehmendes Sensorchip-Hohlraumgehäuse und ein den Halbleiterchip aufnehmendes Halbleiterchip-Gehäuse umfasst, wobei der Chipträger in der Weise gebogen ist, dass eine aktive Oberfläche des Sensorchips gegenüber der Montageebene des Sensorchip-Moduls geneigt ist und eine Wand des Halbleiterchip-Gehäuses eine Öffnung des Sensorchip-Hohlraumgehäuses verschließt.Against this background, a sensor chip module is provided, which comprises a sensor chip, a semiconductor chip and a flexible chip carrier, on which the sensor chip and the semiconductor chip are applied. Furthermore, the sensor chip module comprises a module housing, which defines a mounting plane of the sensor chip module and a sensor chip receiving sensor chip cavity housing and a semiconductor chip receiving semiconductor chip housing, wherein the chip carrier is bent in such a way that an active surface of the sensor chip is inclined relative to the mounting plane of the sensor chip module and a wall of the semiconductor chip housing closes an opening of the sensor chip cavity housing.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
-
1 schematische Schnittdarstellungen eines herkömmlichen Sensorchip-Moduls in unterschiedlichen Prozess-Schritten der Fertigung; -
2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Fertigungsablaufs des Sensorchip-Moduls gemäß1 ; -
3 bis7 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Sensorchip-Moduls in unterschiedlichen Prozess-Schritten der Fertigung; -
8 und9 weitere Ausführungsbeispiele vom erfindungsgemäßen Sensorchip-Modul in schematischen Schnittdarstellungen; -
10 eine schematische Grundrissdarstellung der Sensorchip-Module gemäß den3 bis9 ; und -
11 schematische Schnittdarstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels in unterschiedlichen Prozess-Schritten der Fertigung.
-
1 schematic sectional views of a conventional sensor chip module in different process steps of manufacturing; -
2 a flowchart for explaining the manufacturing process of the sensor chip module according to1 ; -
3 to7 schematic sectional views of embodiments of the sensor chip module according to the invention in different process steps of manufacturing; -
8th and9 further embodiments of the sensor chip module according to the invention in schematic sectional views; -
10 a schematic plan view of the sensor chip modules according to the3 to9 ; and -
11 schematic sectional views of another embodiment in different process steps of manufacturing.
Im Folgenden werden herkömmliche Module mit einem Halbleiter-Sensorchip beschrieben, dessen aktive Oberfläche gegenüber der Montageebene des Moduls geneigt ist, d.h. nicht parallel verläuft. Dabei kann der Halbleiter-Sensorchip von unterschiedlichster Art sein. Beispielsweise kann er elektromechanische oder elektrooptische Funktionselemente im Bereich seiner aktiven Oberfläche enthalten. Er kann in Form eines richtungsabhängigen Sensorchips realisiert sein. Ein Sensorchip kann als sogenanntes MEMS (Micro-Electro-Mechanical-System), d.h. mikroelektronisches mechanisches System, ausgeführt sein, wobei mikromechanische bewegliche Strukturen wie beispielsweise Brücken, Membranen oder Zungenstrukturen vorgesehen sein können. Solche Sensorchips können insbesondere Bewegungssensoren sein, die als Beschleunigungssensoren (welche Beschleunigungen in verschiedenen Raumrichtungen erfassen) oder Rotationssensoren ausgeführt sein können. Derartige Sensoren werden auch als Gyrosensoren, Roll-Over-Sensoren, Aufprallsensoren, Intertial-Sensoren usw. bezeichnet und werden beispielsweise in der Automobilindustrie zur Signalerfassung in ESP (Electronic Stability Program) Systemen, ABS (Anti-Blockier-Systemen), Airbags und ähnlichem verwendet.In the following, conventional modules are described with a semiconductor sensor chip whose active surface is inclined with respect to the mounting plane of the module, that is not parallel. In this case, the semiconductor sensor chip can be of very different types. For example, it may contain electromechanical or electro-optical functional elements in the region of its active surface. It can be realized in the form of a direction-dependent sensor chip. A sensor chip can be embodied as a so-called MEMS (micro-electro-mechanical system), ie microelectronic mechanical system, in which case micromechanical movable structures such as, for example, bridges, membranes or tongue structures can be provided. Such sensor chips may in particular be motion sensors which may be designed as acceleration sensors (which detect accelerations in different spatial directions) or rotation sensors. Such sensors are also referred to as gyrosensors, roll-over sensors, impact sensors, intertial sensors, etc., and are used, for example, in the automotive industry for signal acquisition in ESP (Electronic Stability Program). Systems, ABS (anti-lock braking systems), airbags and the like used.
Halbleiter-Sensormodule, in welche solche Funktionselemente eingebettet sind, umfassen in der Regel elektronische Schaltungen, die zur Ansteuerung der Funktionselemente dienen. Solche elektronischen Schaltungen können entweder auf dem das Funktionselement ausbildenden Halbleiter-Sensorchip oder auf einem separaten Halbleiterchip, der in das Modul integriert ist, implementiert sein. Beispielsweise kann bei einem Bewegungssensor die Auslenkung eines beweglichen Mikrofunktionselements piezoresistiv oder kapazitiv ausgelesen und in solchen elektronischen Schaltungen weiterverarbeitet werden. Der separate Halbleiterchip kann beispielsweise als ASIC (Application Specific Integrated Circuit) ausgeführt sein und z.B. eine RF (Radio Frequency) Funktionalität zur drahtlosen Signalweiterleitung haben.Semiconductor sensor modules, in which such functional elements are embedded, usually comprise electronic circuits which serve to control the functional elements. Such electronic circuits may be implemented either on the functional element forming semiconductor sensor chip or on a separate semiconductor chip integrated into the module. For example, in the case of a motion sensor, the deflection of a movable microfunction element can be read piezoresistively or capacitively and further processed in such electronic circuits. The separate semiconductor chip may, for example, be embodied as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) and, e.g. have radio frequency (RF) functionality for wireless signal routing.
Die
Ein derartiger Leadframe
In einem nächsten Schritt
In einem nächsten Schritt
Nach der Montage und der Ankontaktierung des Sensorchips
Später erfolgt ein Umbiegeschritt, bei welchem das Hohlgehäuse
Die Montage des Sensorchip-Moduls auf ein Applikations-Board (nicht dargestellt), z.B. eine Leiterplatte aus Epoxidharz oder eine andere metallisierte Unterlage, erfolgt über die Anschlusselemente
Durch das Umbiegen des Leadframes
Ausgangspunkt des Herstellungsablaufs ist wiederum ein ebener, ungebogener Leadframe
Die Herstellung des in
- Zunächst wird der ebene
Leadframe 1 mit den oben genannten Leadframe-Abschnitten 1a ,1b ,1c ,1d gefertigt. Gemäß einem ersten möglichen Verfahrensablauf wird der Halbleiterchip5 auf den Leadframe 1 montiert (z.B. geklebt oder gelötet) und elektrisch ankontaktiert. Die elektrische Ankontaktierung kann z.B.über Bonddrähte 7 erfolgen, dieAnschlussflächen 8 an der aktiven Oberfläche desHalbleiterchips 5 mit den Anschlusselementen 1a und1d des Leadframes1 verbinden. Andere Montage- und Kontaktierungstechniken, z.B. die Flip-Chip-Technik, sind ebenfalls möglich.
- First, the
flat leadframe 1 with theabove leadframe sections 1a .1b .1c .1d manufactured. According to a first possible method sequence, thesemiconductor chip 5 on theleadframe 1 mounted (eg glued or soldered) and electrically contacted. The electrical Ankontaktierung can eg viabonding wires 7 done, the pads8th on the active surface of thesemiconductor chip 5 with theconnection elements 1a and1d of theleadframe 1 connect. Other assembly and contacting techniques, such as flip-chip technology, are also possible.
Danach wird der Leadframe
Alternativ ist es auch möglich, den Halbleiterchip
Da der Halbleiterchip
Anschließend wird, wie anhand
Das fertiggestellte Sensorchip-Modul nach Durchführung des Umbiegeschrittes ist in der untersten Darstellung der
Wie in der untersten Darstellung in
In einem weiteren Schritt werden die Leadframe-Abschnitte
Darüber hinaus zeigt
Nach dem Einbetten des Halbleiterchips
Die in
Eine weiterer Aspekt betrifft die Verwendung eines flexiblen Chipträgers anstelle des Leadframes
Der flexible Chipträger
An den flexiblen Chipträger
Der Umklappschritt zur Ausrichtung des Sensorchip-Gehäuses
In der Kunststoff-Trägerschicht
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